JP2023115614A - Artificial diamond plasma production device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工ダイヤモンド生成機器に関し、特にマイクロ波プラズマ化学蒸着法を利用して人工ダイヤモンドを合成する人工ダイヤモンド生成機器に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an artificial diamond production apparatus, and more particularly to an artificial diamond production apparatus for synthesizing artificial diamond using microwave plasma chemical vapor deposition.
従来の人工ダイヤモンドプラズマ生成機器は、反応チャンバおよびマイクロ波放出モジュールを有する。ダイヤモンド保持器は、反応チャンバ内に配置され、マイクロ波放出モジュールは、反応チャンバに向けて2.45GHzのマイクロ波を放出して、ダイヤモンド保持器上で強い電界を有する局所定在波を形成する。 A conventional man-made diamond plasma generation device has a reaction chamber and a microwave emission module. A diamond retainer is placed in the reaction chamber, and a microwave emission module emits 2.45 GHz microwaves toward the reaction chamber to form a local standing wave with a strong electric field on the diamond retainer. .
人工ダイヤモンドを作り出すために、ダイヤモンド保持器上にダイヤモンド種晶を置き、反応チャンバに高濃度メタンガスを充填する。マイクロ波放出モジュールにより放出されたマイクロ波のエネルギーは、ダイヤモンド種晶の周囲でメタンガスを極高温まで加熱し、メタンガスの炭素原子をダイヤモンド種晶に付着させるプラズマボールを形成する。その結果、ダイヤモンド種晶は徐々に成長して、より大きなサイズの人工ダイヤモンドになる。 To create artificial diamonds, a diamond seed crystal is placed on a diamond retainer and the reaction chamber is filled with highly concentrated methane gas. The microwave energy emitted by the microwave emission module heats the methane gas around the diamond seed crystals to extremely high temperatures, forming a plasma ball that attaches the carbon atoms of the methane gas to the diamond seed crystals. As a result, the diamond seed crystals gradually grow into larger size man-made diamonds.
人工ダイヤモンドを作り出す効率を改善するために、円偏光管および焦点合わせ機構を有する人工ダイヤモンド生成機器が台湾特許第1734405(B)号公報に開示されている。マイクロ波は、最初に円偏光マイクロ波に変換され、次いでダイヤモンド種晶の周囲にプラズマボールを安定して形成できるようにダイヤモンド種晶に焦点を合わせられ、それにより、人工ダイヤモンドを作り出す効率を改善する。 In order to improve the efficiency of producing synthetic diamonds, a synthetic diamond generating device with a circular polarizer and a focusing mechanism is disclosed in Taiwan Patent No. 1734405(B). The microwaves are first converted into circularly polarized microwaves and then focused on the diamond seed crystal to form a stable plasma ball around the diamond seed crystal, thereby improving the efficiency of creating synthetic diamonds. do.
しかしながら、台湾特許第1734405(B)号公報による試作品の人工ダイヤモンド生成機器の試験結果は、円偏光マイクロ波はプラズマボールの安定性を改善するものの、マイクロ波はまた、インピーダンス不整合に起因して反応チャンバの内側で複数回反射する傾向があり、マイクロ波供給源と反応チャンバの間の導波管内で複雑な反射定在波を増大させることを示している。複雑な反射定在波は、ダイヤモンド種晶の周囲でプラズマボールの安定性を徐々に害するので、人工ダイヤモンド生成の効率は低下する。 However, test results of a prototype synthetic diamond-growing device according to Taiwan Patent No. 1734405(B) show that although the circularly polarized microwave improves the stability of the plasma ball, the microwave also causes impedance mismatch. tend to reflect multiple times inside the reaction chamber, increasing complex reflected standing waves in the waveguide between the microwave source and the reaction chamber. Complicated reflected standing waves will gradually undermine the stability of the plasma ball around the diamond seed, thus reducing the efficiency of synthetic diamond production.
要するに、台湾特許第1734405(B)号公報で開示された人工ダイヤモンド生成機器は、人工ダイヤモンド生成の効率を理論上改善するが、あまりにも多くの無用のマイクロ波エネルギーが反応チャンバ内に蓄積されるので、実際の機器が作動しなくなる。 In short, the artificial diamond production equipment disclosed in Taiwan Patent No. 1734405(B) theoretically improves the efficiency of artificial diamond production, but too much useless microwave energy is accumulated in the reaction chamber. So the actual equipment stops working.
本発明の主要な目的は、マイクロ波供給源と反応チャンバの間にある導波管の内側でマイクロ波が多数回反射しないようにする人工ダイヤモンドプラズマ生成機器を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is a primary object of the present invention to provide an artificial diamond plasma generation apparatus that avoids multiple reflections of microwaves inside the waveguide between the microwave source and the reaction chamber.
人工ダイヤモンドプラズマ生成機器は、反応チャンバ、マイクロ波放出モジュール、およびマイクロ波レンズを有する。反応チャンバは中空であり、マイクロ波窓およびダイヤモンド保持器を有する。マイクロ波窓は、外部のマイクロ波がマイクロ波窓を介して反応チャンバの中に移動できるように反応チャンバ上に配置される。ダイヤモンド保持器は反応チャンバ内に配置され、仮想上の焦点領域(an imaginary focus region)がダイヤモンド保持器上に画成される。マイクロ波放出モジュールは、反応チャンバの外側に配置され、反応チャンバのマイクロ波窓に向けて円偏光マイクロ波を放出する。マイクロ波放出モジュールは、直列接続された偏光管、誘導管、第1の導波管、および第1の直線偏光マイクロ波供給源を有する。マイクロ波放出モジュールは、第2の導波管および第1の整合負荷をさらに有する。偏光管は、円偏光開口部および直線偏光開口部を有する。円偏光開口部は、偏光管の端部上に配置され、反応チャンバのマイクロ波窓に対向する。直線偏光開口部は、偏光管の別の端部上に配置される。外部の直線偏光マイクロ波は、直線偏光開口部を介して偏光管に入るとき、円偏光マイクロ波に変換され、円偏光開口部を介して出て、外部の円偏光マイクロ波は、円偏光開口部を介して偏光管に入るとき、直線偏光マイクロ波に変換され、直線偏光開口部を介して出る。誘導管は主開口部、第1の開口部、および第2の開口部を有する。主開口部は誘導管の端部上に配置され、偏光管の直線偏光開口部に接続される。第2の開口部は、誘導管の側壁上に配置される。第2の開口部が対向する開口部方向は、第1の開口部が対向する開口部方向に非平行である。第1の導波管の端部は、誘導管の第1の開口部に接続され、第1の導波管の別の端部は、第1の直線偏光マイクロ波供給源に接続される。第1の直線偏光マイクロ波供給源は、直線偏光マイクロ波を発生させる。該直線偏光マイクロ波は、偏光管により円偏光マイクロ波に変換され、偏光管の円偏光開口部を介して反応チャンバのマイクロ波窓に向けて放出される。第2の導波管の端部は、誘導管の第2の開口部に接続される。第1の整合負荷は、第2の導波管に搭載される。マイクロ波レンズは、マイクロ波放出モジュールの偏光管の円偏光開口部と反応チャンバのダイヤモンド保持器の間に配置される。マイクロ波レンズは、マイクロ波放出モジュールにより放出された円偏光マイクロ波をダイヤモンド保持器の焦点領域に集束させる。 An artificial diamond plasma generation device has a reaction chamber, a microwave emission module, and a microwave lens. The reaction chamber is hollow and has a microwave window and a diamond retainer. A microwave window is positioned over the reaction chamber such that external microwaves can travel into the reaction chamber through the microwave window. A diamond retainer is placed in the reaction chamber and an imaginary focus region is defined on the diamond retainer. A microwave emission module is positioned outside the reaction chamber and emits circularly polarized microwaves toward a microwave window of the reaction chamber. The microwave emission module has a polarizer tube, a guide tube, a first waveguide, and a first linearly polarized microwave source connected in series. The microwave emission module further has a second waveguide and a first matched load. The polarizer has a circular polarization aperture and a linear polarization aperture. A circular polarizing aperture is positioned on the end of the polarizer tube, facing the microwave window of the reaction chamber. A linear polarization aperture is positioned on the other end of the polarizer. When the external linearly polarized microwaves enter the polarizing tube through the linearly polarized aperture, they are converted to circularly polarized microwaves and exit through the circularly polarized aperture, and the external circularly polarized microwaves are As it enters the polarizer through the opening, it is converted to linearly polarized microwaves and exits through the linearly polarized aperture. The guide tube has a main opening, a first opening, and a second opening. A main aperture is located on the end of the guide tube and connected to the linear polarization aperture of the polarizer tube. A second opening is located on the side wall of the guide tube. The opening direction facing the second opening is non-parallel to the opening direction facing the first opening. An end of the first waveguide is connected to a first opening in the guide tube and another end of the first waveguide is connected to a first linearly polarized microwave source. A first linearly polarized microwave source generates linearly polarized microwaves. The linearly polarized microwaves are converted into circularly polarized microwaves by the polarizing tube and emitted toward the microwave window of the reaction chamber through the circularly polarized aperture of the polarizing tube. The end of the second waveguide is connected to the second opening of the guide tube. A first matched load is mounted on the second waveguide. A microwave lens is positioned between the circular polarization aperture of the polarizer tube of the microwave emission module and the diamond retainer of the reaction chamber. A microwave lens focuses the circularly polarized microwaves emitted by the microwave emission module onto the focal region of the diamond retainer.
本発明の有利な点は、マイクロ波放出モジュールがその中に偏光管、誘導管、および第1の整合負荷を有することである。円偏光マイクロ波がインピーダンス不整合などの理由に起因して多数回反射するとき、反射された円偏光マイクロ波は、変質させられて直線偏光マイクロ波に戻り、次いで誘導管の第2の開口部を介して第1の整合負荷に移動し、最終的に第1の整合負荷により熱に変質させられることが可能である。 An advantage of the present invention is that the microwave emission module has therein a polarizer, a guide tube and a first matched load. When the circularly polarized microwaves are reflected many times due to reasons such as impedance mismatch, the reflected circularly polarized microwaves are transformed back into linearly polarized microwaves, and then through the second opening of the guide tube. through to the first matched load and finally transformed into heat by the first matched load.
その結果、本発明は、無用のマイクロ波エネルギーを反応チャンバの中から外に向けることにより、複雑な反射定在波が反応チャンバ内で形成できないようにし、それにより、ダイヤモンド種晶の周囲に安定したプラズマボールを維持し、人工ダイヤモンド生成の効率を改善する。 As a result, the present invention prevents complex reflected standing waves from forming within the reaction chamber by directing useless microwave energy out of the reaction chamber, thereby stabilizing the surrounding diamond seed crystals. maintain the plasma ball and improve the efficiency of synthetic diamond production.
具体的に言えば、第1の直線偏光マイクロ波供給源により放出された直線偏光マイクロ波は、誘導管を通して移動し、偏光管により円偏光マイクロ波に変質させられ、反応チャンバに入ってダイヤモンドを形成する。 Specifically, the linearly polarized microwaves emitted by the first linearly polarized microwave source travel through the guide tube, are transformed into circularly polarized microwaves by the polarizing tube, and enter the reaction chamber to produce diamond. Form.
反射された円偏光マイクロ波は、偏光管により直線偏光マイクロ波に再度変質させられるが、該直線偏光マイクロ波の電界は、2回変質させられた後、第1の直線偏光マイクロ波供給源により最初に放出された直線偏光マイクロ波の電界に垂直である。その結果、反射されたマイクロ波は、もはや第1の開口部を介して誘導管を出ることができず、台湾特許第1734405(B)号公報の通りにあまりにも多くの無用のマイクロ波エネルギーが反応チャンバ内になぜ蓄積するかを説明する。 The reflected circularly polarized microwaves are again transformed into linearly polarized microwaves by the polarizer, and the electric field of the linearly polarized microwaves is transformed twice before being transformed by the first linearly polarized microwave source. perpendicular to the electric field of the originally emitted linearly polarized microwave. As a result, the reflected microwaves can no longer exit the guide tube through the first opening, resulting in too much useless microwave energy as per Taiwan Patent No. 1734405(B). Explain why it accumulates in the reaction chamber.
他方で、本発明での誘導管は、第1の開口部に非平行の第2の開口部を有し、これによって、反射されたマイクロ波エネルギーは、第2の開口部を介して誘導管を出ることが可能になる。その結果、無用のマイクロ波エネルギーは、反応チャンバの中から外に向けられる。 On the other hand, the guide tube in the present invention has a second opening non-parallel to the first opening, whereby the reflected microwave energy is directed through the second opening into the guide tube. be able to exit As a result, unwanted microwave energy is directed out of the reaction chamber.
図1、図2、および図4を参照する。本発明による人工ダイヤモンドプラズマ生成機器は、反応チャンバ10、マイクロ波放出モジュール、およびマイクロ波レンズ13を備える。
Please refer to FIGS. 1, 2 and 4. FIG. The artificial diamond plasma generation equipment according to the invention comprises a
反応チャンバ10は中空であり、マイクロ波窓11およびダイヤモンド保持器12を有する。マイクロ波窓11は、マイクロ波透過性であり、外側のマイクロ波がマイクロ波窓11を介して反応チャンバ10の中に移動できるように反応チャンバ10上に配置される。正確に言うと、マイクロ波窓11は、反応チャンバ10のケーシング上に配置される。ダイヤモンド保持器12は、反応チャンバ10内に配置される。仮想上の焦点領域121は、ダイヤモンド保持器12の最上部表面上に画成される。
マイクロ波放出モジュールは、反応チャンバ10の外側に配置され、反応チャンバ10のマイクロ波窓11に向けて円偏光マイクロ波を放出する。マイクロ波放出モジュールは、偏光管21、誘導管22、第1の導波管31、第1の直線偏光マイクロ波供給源32、第2の導波管41、および第1の整合負荷43を有し、好ましい実施形態では、マイクロ波放出モジュールは、長方形-円管23、接続スリーブ24、第2の直線偏光マイクロ波供給源42、および第2の整合負荷33をさらに有する。偏光管21、誘導管22、第1の導波管31、および第1の直線偏光マイクロ波供給源32は、マイクロ波移動経路に沿って直列に接続される。
The microwave emission module is placed outside the
好ましい実施形態では、マイクロ波放出モジュールは、重ね合わせ組立体20、第1のマイクロ波組立体30、および第2のマイクロ波組立体40を有し、第1のマイクロ波組立体30および第2のマイクロ波組立体40は、重ね合わせ組立体20に向けて直線偏光マイクロ波を放出し、次いで該2つのマイクロ波組立体からの直線偏光マイクロ波は、重ね合わせ組立体20内で重ね合わされ、次いで一緒に反応チャンバ10の中に移動する。
In a preferred embodiment, the microwave emission module has a stacked assembly 20, a
図2~図4を参照する。重ね合わせ組立体20は、偏光管21、誘導管22、長方形-円管23、および接続スリーブ24を含む。第1のマイクロ波組立体30は、第1の導波管31、第1の直線偏光マイクロ波供給源32、および第2の整合負荷33を含む。第2のマイクロ波組立体40は、第2の導波管41、第2の直線偏光マイクロ波供給源42、および第1の整合負荷43を含む。
Please refer to FIGS. The superimposed assembly 20 includes a
円偏光開口部211および直線偏光開口部212は、それぞれ偏光管21の対応する端部上に配置される。好ましい実施形態では、円偏光開口部211は(図4を参照すると)偏光管21の下端部上に配置され、反応チャンバ10のマイクロ波レンズ13およびマイクロ波窓11に面し、一方では、直線偏光開口部212は、偏光管21の上端部上に配置される。
偏光管21は、マイクロ波の移動方向に応じて、直線偏光マイクロ波を円偏光マイクロ波に変換するように、または円偏光マイクロ波を直線偏光マイクロ波に変換するように構成される。
The
具体的に言えば、外部の直線偏光マイクロ波は、直線偏光開口部212から偏光管21に入るとき、円偏光マイクロ波に変換され、円偏光開口部211を介して偏光管21を出る。外部の円偏光マイクロ波が円偏光開口部211から偏光管21に入るとき、該円偏光マイクロ波は、直線偏光マイクロ波に変換され、直線偏光開口部212を介して偏光管21を出る。
Specifically, the external linearly polarized microwaves are converted to circularly polarized microwaves as they enter the
図3~図5を参照する。誘導管22は、主開口部221、第1の開口部222、および第2の開口部223を有する。好ましい実施形態では、第1の開口部222および主開口部221は、誘導管22上で反対側に配置される。正確に言うと、主開口部221は、誘導管22の下端部上に配置され、一方では、第1の開口部222は、誘導管22の上端部上に配置される。主開口部221は、偏光管21の直線偏光開口部212に接続され、第2の開口部223は、誘導管22の側壁上に配置される。すなわち、第2の開口部223が対向する開口部方向は、第1の開口部222が対向する開口部方向に非平行である。
Please refer to FIGS.
正確に言うと、第1の開口部222が対向する開口部方向は、第2の開口部223が対向する開口部方向に垂直である。誘導管22は好ましくは、主開口部221および第1の開口部222が円形であるように横断面が円形である。
To be precise, the opening direction facing the
長方形-円管23は、誘導管22の上方に配置され、第1の開口部222に接続される。長方形-円管23の内側表面の横断面は、長方形開口部231が長方形-円管23の端部上に形成され、一方では、円形開口部232が長方形-円管23の別の端部上に形成されるように、長方形から円形に徐々に変形する。
A rectangular-
接続スリーブ24は、誘導管22の周囲に位置する。変換孔241は、接続スリーブ24内に形成され、接続スリーブ24の外側表面および内側表面を接続する。変換孔241は、好ましくは細長く、上方および下方に延在する。
A connecting
接続スリーブ24の内側表面内に形成された変換孔241の開口部は、誘導管22の第2の開口部223に接続され、変換孔241の幅は、第2の開口部223に向けて徐々に低減する。好ましい実施形態では、変換孔により画成された2つの反対側の壁は、変換孔の幅が第2の開口部223に向けて徐々に低減するように階段状である。
The opening of the
好ましい実施形態では、接続スリーブ24および誘導管22は一体に形成され、別の好ましい実施形態では、接続スリーブ24は、誘導管22から分離された管であり、溶接などの手段により誘導管22の周囲に搭載される。
In a preferred embodiment, connecting
図2~図4を参照する。第1の導波管31は、好ましくは横断面が長方形である。第1の導波管31の一方の端部は、第1の導波管31が長方形-円管23を介して誘導管22に接続されるように、長方形-円管23の長方形開口部231に接続される。第1の導波管31の別の端部は、第1の直線偏光マイクロ波供給源32に接続される。
Please refer to FIGS. The
第1の直線偏光マイクロ波供給源32は、TE10直線偏光マイクロ波81を発生させる。TE10直線偏光マイクロ波81は、長方形-円管23、誘導管22、および偏光管21を通して移動した後、偏光管21によりTE11円偏光マイクロ波83に変換される。TE11円偏光マイクロ波83は、円偏光開口部211を介して偏光管21を出て、反応チャンバ10のマイクロ波窓11に向けて放出される。
A first linearly polarized
第2の整合負荷33は、第1の導波管31に搭載される。正確に言えば、第1の導波管31にサーキュレータ34が搭載される。第1の直線偏光マイクロ波供給源32に向けて第1の導波管31内で逆に移動するマイクロ波が存在するとき、サーキュレータ34は、マイクロ波が熱に変換される第2の整合負荷33に該逆に移動するマイクロ波を向け、これにより、逆に移動するマイクロ波から第1の直線偏光マイクロ波供給源32を保護し、機器内の無用なマイクロ波を除去する。
A second matched
第1の導波管31内で逆に移動するマイクロ波は、第2の直線偏光マイクロ波供給源42により発生させられ、反応チャンバ10により反射され、偏光管21、誘導管22、および長方形-円管23を通して移動し、最終的に第1の導波管31内で第1の直線偏光マイクロ波供給源32に向けて移動する、後述のマイクロ波である。
Microwaves traveling backwards in the
第2の導波管41は、好ましくは横断面が長方形である。第2の導波管41の一方の端部は、第2の導波管41が接続スリーブ24を介して誘導管22の第2の開口部223に接続されるように、接続スリーブ24の外側表面内に形成された変換孔241の開口部に接続される。第2の導波管41の別の端部は、第2の直線偏光マイクロ波供給源42に接続される。
The
第2の直線偏光マイクロ波供給源42は、TE10直線偏光マイクロ波91を発生させる。TE10直線偏光マイクロ波91は、長方形-円管23、誘導管22、および偏光管21を通して移動した後、偏光管21によりTE11円偏光マイクロ波93に変換される。TE11円偏光マイクロ波93は、円偏光開口部211を介して偏光管21を出て、反応チャンバ10のマイクロ波窓11に向けて放出される。別の好ましい実施形態では、第2の直線偏光マイクロ波供給源42は省略される。
A second linearly polarized
第1の整合負荷43は、第2の導波管41に搭載される。正確に言えば、第2の導波管41にサーキュレータ44が搭載される。第2の直線偏光マイクロ波供給源42に向けて第2の導波管41内で逆に移動するマイクロ波が存在するとき、サーキュレータ44は、マイクロ波が熱に変換される第1の整合負荷43に該逆に移動するマイクロ波を向け、これにより、逆に移動するマイクロ波から第2の直線偏光マイクロ波供給源42を保護し、機器内の無用なマイクロ波を除去する。
A first matched
第2の導波管41内で逆に移動するマイクロ波は、第1の直線偏光マイクロ波供給源32により発生させられ、反応チャンバ10により反射され、偏光管21、誘導管22を通して移動し、最終的に第2の導波管41を介して第2の直線偏光マイクロ波供給源42に向けて移動する、後述のマイクロ波である。
第1の直線偏光マイクロ波供給源32により発生させられたマイクロ波は、その電界の方向に起因して反応チャンバ10により反射された後、長方形-円管23を通して逆に移動できず、むしろ第2の直線偏光マイクロ波供給源42に向けて逆に移動する。
microwaves traveling backwards in the
The microwaves generated by the first linearly polarized
第1の導波管31内で逆に移動するマイクロ波は、第2の直線偏光マイクロ波供給源42により発生させられ、反応チャンバ10により反射され、偏光管21、誘導管22、および長方形-円管23を通して移動し、最終的に第1の導波管31内で第1の直線偏光マイクロ波供給源32に向けて移動する、後述のマイクロ波である。
Microwaves traveling backwards in the
マイクロ波レンズ13は、マイクロ波放出モジュールの偏光管21の円偏光開口部211と反応チャンバ10のダイヤモンド保持器12の間に配置される。マイクロ波レンズ13は、マイクロ波放出モジュールにより放出された円偏光マイクロ波をダイヤモンド保持器12の焦点領域121に集束させる。
The
好ましい実施形態では、マイクロ波レンズ13は反応チャンバ10の外側に配置され、円偏光開口部211と反応チャンバ10のマイクロ波窓11の間に配置される。マイクロ波レンズ13は、好ましくは誘電体凸レンズである。別の好ましい実施形態では、人工ダイヤモンドプラズマ生成機器は、マイクロ波集束効率を改善する追加の凸レンズおよび/または凹レンズを有する。
In a preferred embodiment, the
本発明を使用するために、ダイヤモンド保持器12の焦点領域121内にダイヤモンド種晶Aを置く。第1の直線偏光マイクロ波供給源32は、第1の導波管31内にTE10直線偏光マイクロ波81を発生させる。TE10直線偏光マイクロ波81は、長方形-円管23を通して移動して誘導管22の中に入った後、TE11直線偏光マイクロ波82に変換される。
To use the present invention, diamond seed crystal A is placed within
一方では、第2の直線偏光マイクロ波供給源42は、第2の導波管41内にTE10直線偏光マイクロ波91を発生させる。TE10直線偏光マイクロ波91は、接続スリーブ24の変換孔241を通して移動して誘導管22の中に入った後、TE11直線偏光マイクロ波92に変換される。
On the one hand, the second linearly polarized
最後に、第1の直線偏光マイクロ波供給源32に由来するTE11直線偏光マイクロ波82および第2の直線偏光マイクロ波供給源42に由来するTE11直線偏光マイクロ波92は、両方とも偏光管21を通して下方に移動し、偏光管21に入る。
次いで、TE11直線偏光マイクロ波82およびTE11直線偏光マイクロ波92は、偏光管21によりそれぞれTE11円偏光マイクロ波83およびTE11円偏光マイクロ波93に変換され、マイクロ波レンズ13により集束し、マイクロ波窓11を通して移動し、焦点領域121内で集束して人工ダイヤモンドを作り出す。
Finally, the TE11 linearly
The TE11 linearly
TE11円偏光マイクロ波83およびTE11円偏光マイクロ波93が反応チャンバ10内で反射されたとき、第1の直線偏光マイクロ波供給源32に由来する反射されたマイクロ波は、第2の開口部223を介して第2の導波管41に入り、結局は第1の整合負荷43により熱に変換される。一方では、第2の直線偏光マイクロ波供給源42に由来する反射されたマイクロ波は、第1の開口部222を介して第1の導波管31に入り、結局は第2の整合負荷33により熱に変換される。詳細な過程について、以下に説明する。
When the TE11 circularly
第1の直線偏光マイクロ波供給源32に由来するTE11円偏光マイクロ波83が反射されたとき、反射されたTE11円偏光マイクロ波83は、偏光管21を通して上方に移動し、誘導管22内でTE11直線偏光マイクロ波82’に変換される。しかしながら、TE11直線偏光マイクロ波82’は、その電界が偏光管21により2回変換された後、TE11直線偏光マイクロ波82の電界に垂直であるので、第1の開口部222を介して第1の導波管31に入ることが不可能であり、むしろTE11直線偏光マイクロ波82’は、第2の開口部223を介して第2の導波管41に入り、第1の整合負荷43により熱に変換される。
When the TE11 circularly
TE11円偏光マイクロ波83に類似して、TE11円偏光マイクロ波93が反射されたとき、反射されたTE11円偏光マイクロ波93は、偏光管21を通して上方に移動し、誘導管22内でTE11直線偏光マイクロ波92’に変換される。TE11直線偏光マイクロ波92’は、第2の導波管41に入ることが不可能であるが、第1の導波管31に入って、第2の整合負荷33により熱に変換されることが可能である。
Similar to the TE11 circularly
本発明の別の有利な点は、直線偏光マイクロ波を円偏光マイクロ波に変換することにより、円偏光マイクロ波の電界分布が反応チャンバ10内でより均一に分布することである。
本発明は、第1の直線偏光マイクロ波供給源32および第2の直線偏光マイクロ波供給源42に由来する円偏光マイクロ波を重ね合わせて、マイクロ波電力を増大させ、それによりダイヤモンド保持器12上の人工ダイヤモンドの成長速度を増大させることが可能である。
Another advantage of the present invention is that by converting linearly polarized microwaves to circularly polarized microwaves, the electric field distribution of the circularly polarized microwaves is more uniformly distributed within the
The present invention superimposes circularly polarized microwaves from a first linearly polarized
図6~図9を参照する。本発明の第2の実施形態は、上述の第1の実施形態と実質的に同じであるが、違いは、誘導管22Aの第1の開口部222Aが誘導管22Aの側壁上に位置することである。さらに、接続スリーブ24Aは、第1の変換孔241Aおよび第2の変換孔241Aである2つの変換孔241Aを有する。
Please refer to FIGS. A second embodiment of the present invention is substantially the same as the first embodiment described above, with the difference that the
第1の変換孔241Aの2つの反対側の開口部の一方は、誘導管22Aの第1の開口部222Aに接続され、第1の変換孔241Aの2つの反対側の開口部の他方は、第1の導波管31Aに接続される。第1の変換孔241Aの幅は、第1の開口部222Aに向けて徐々に低減する。
One of the two opposite openings of the
第2の変換孔241Aの2つの反対側の開口部の一方は、誘導管22Aの第2の開口部223Aに接続され、第2の変換孔241Aの2つの反対側の開口部の他方は、第2の導波管41Aに接続される。第2の変換孔241Aの幅は、第2の開口部223Aに向けて徐々に低減する。
One of the two opposite openings of the
要するに、偏光管21、誘導管22、および第1の整合負荷43を有することにより、第1の直線偏光マイクロ波供給源32に由来するTE11円偏光マイクロ波83がインピーダンス不整合などの理由に起因して反応チャンバ10内で反射されたとき、反射された円偏光マイクロ波は変換されてTE11直線偏光マイクロ波82’に戻り、次いで誘導管22の第2の開口部223を介して第1の整合負荷に移動し、最終的に第1の整合負荷43により熱に変換されることが可能である。
In short, by having the
その結果、本発明は、反応チャンバ10の中から外に無用なマイクロ波エネルギーを向けることにより、複雑な反射定在波が反応チャンバ10内で形成しないようにし、それによりダイヤモンド種晶Aの周囲で安定したプラズマボールを維持し、人工ダイヤモンド生成の効率を改善する。
As a result, the present invention prevents complex reflected standing waves from forming within the
Claims (10)
前記反応チャンバの外側に配置され、前記反応チャンバの前記マイクロ波窓に向けて円偏光マイクロ波を放出し、直列に接続された偏光管、誘導管、第1の導波管、および第1の直線偏光マイクロ波供給源を有し、第2の導波管および第1の整合負荷をさらに有するマイクロ波放出モジュールと、を備え、
前記偏光管は、前記偏光管の端部上に配置され、前記反応チャンバの前記マイクロ波窓に対向する円偏光開口部、および前記偏光管の別の端部上に配置された直線偏光開口部、を有し、
外部の直線偏光マイクロ波は、前記直線偏光開口部を介して前記偏光管に入るとき、円偏光マイクロ波に変換され、前記円偏光開口部を介して出て、外部の円偏光マイクロ波は、前記円偏光開口部を介して前記偏光管に入るとき、直線偏光マイクロ波に変換され、前記直線偏光開口部を介して出て、
前記誘導管は、前記誘導管の端部上に配置され、前記偏光管の前記直線偏光開口部に接続された主開口部、第1の開口部、および前記誘導管の側壁上に配置された第2の開口部であって、前記第2の開口部が対向する開口部方向は、前記第1の開口部が対向する開口部方向に非平行の第2の開口部、を有し、
前記第1の導波管の端部は、前記誘導管の前記第1の開口部に接続され、前記第1の導波管の別の端部は、前記第1の直線偏光マイクロ波供給源に接続され、
前記直線偏光マイクロ波供給源は、直線偏光マイクロ波を発生させ、前記直線偏光マイクロ波は、前記偏光管により円偏光マイクロ波に変換され、前記偏光管の前記円偏光開口部を介して前記反応チャンバの前記マイクロ波窓に向けて放出され、
前記第2の導波管の端部は、前記誘導管の前記第2の開口部に接続され、
前記第1の整合負荷は、前記第2の導波管に搭載され、
マイクロ波レンズは、前記マイクロ波放出モジュールの前記偏光管の前記円偏光開口部と前記反応チャンバの前記ダイヤモンド保持器の間に配置され、前記マイクロ波放出モジュールにより放出された前記円偏光マイクロ波を前記ダイヤモンド保持器の焦点モジュールに集束させることを特徴とする、
人工ダイヤモンドプラズマ生成機器。 a hollow reaction chamber, a microwave window positioned over said reaction chamber such that external microwaves can travel into said reaction chamber through said microwave window; a reaction chamber having a diamond retainer disposed within the reaction chamber, the diamond retainer having an imaginary focal region defined on the diamond retainer;
a polarizing tube, a guiding tube, a first waveguide, and a first polarizing tube, a guiding tube, a first waveguide, and a first polarizing tube, disposed outside the reaction chamber and emitting circularly polarized microwaves toward the microwave window of the reaction chamber; a microwave emission module having a linearly polarized microwave source and further having a second waveguide and a first matched load;
The polarizer is positioned on one end of the polarizer, with a circular polarization aperture facing the microwave window of the reaction chamber, and a linear polarization aperture positioned on another end of the polarizer. , has
External linearly polarized microwaves are converted to circularly polarized microwaves as they enter the polarizer tube through the linearly polarized aperture and exit through the circularly polarized aperture, wherein the external circularly polarized microwaves are converted to linearly polarized microwaves as it enters the polarizer tube through the circularly polarized aperture and exits through the linearly polarized aperture;
The guide tube was disposed on the end of the guide tube, a main opening connected to the linear polarization opening of the polarizer tube, a first opening, and a side wall of the guide tube. a second opening, wherein the opening direction facing the second opening is non-parallel to the opening direction facing the first opening;
An end of the first waveguide is connected to the first opening of the guide tube and another end of the first waveguide is connected to the first linearly polarized microwave source. connected to
The linearly polarized microwave source generates linearly polarized microwaves, the linearly polarized microwaves are converted to circularly polarized microwaves by the polarizing tube, and the reaction occurs through the circularly polarized aperture of the polarizing tube. emitted toward the microwave window of the chamber;
the end of the second waveguide is connected to the second opening of the guide tube;
the first matched load mounted on the second waveguide;
A microwave lens is disposed between the circularly polarized aperture of the polarizing tube of the microwave emission module and the diamond retainer of the reaction chamber to receive the circularly polarized microwaves emitted by the microwave emission module. focused on the focus module of the diamond retainer,
Artificial diamond plasma generator.
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